TEKNOLOGI MEMBRAN DALAM PENGOLAHAN LIMBAH

Lecture Note

TEKNOLOGI MEMBRAN DALAM PENGOLAHAN LIMBAH I G. Wenten, P.T.P. Aryanti, Khoiruddin

Diktat

TEKNIK KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

Daftar Isi

Pendahuluan

Proses-proses berbasis membran

Aplikasi

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

2

Pendahuluan Krisis Air Kecenderungan yang terlihat saat ini menunjukkan bahwa kebutuhan air baik untuk kebutuhan domestik ataupun untuk industri terus meningkat dari tahun ke tahun. Peningkatan ini antara lain disebabkan oleh pertambahan populasi penduduk dan juga laju pertumbuhan industri. Di lain sisi, ketersediaan sumber-sumber air khususnya air tawar semakin menipis. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh pencemaran serta kerusakan lingkungan yang semakin parah. Air laut yang di lain pihak berada dalam jumlah berlimpah, tidak dapat langsung digunakan tanpa terlebih dahulu diolah secara khusus.

Masalah Pengolahan Limbah Krisis air yang dihadapi juga tidak terlepas dari permasalahan penanganan limbah. Tidak sedikit pencemaran lingkungan yang terjadi disebabkan oleh pembuangan limbah industri yang tidak melewati proses pengolahan terlebih dahulu. Industri sendiri dalam menjalankan aktivitasnya menggunakan air dalam jumlah yang signifikan, air bahkan menjadi komponen utama dan penentu kualitas produk.

[water-technology.net] Pada situasi seperti ini, reklamasi merupakan cara untuk mengatasi permasalahan pemenuhan kebutuhan akan air. Sistem pengolahan limbah dengan konsep “re-use” (guna-ulang) merupakan salah satu cara untuk mengatasi ketersediaan air. Teknologi membran merupakan pilihan yang tepat dengan kemampuannya sebagai proses pemisahan yang sangat selektif untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi. Penggunaan teknologi membran bahkan dalam beberapa pengolahan limbah menggeser anggapan “limbah sebagai cost” menjadi “limbah sebagai profit” (Wenten, 2005).


3

Pendahuluan Reklamasi air Semakin berkurangnya persediaan air tawar yang disertai dengan penurunan kualitas air permukaan yang salah satunya diakibatkan oleh pencemaran limbah merupakan alasan utama yang mendorong untuk dilakukannya reklamasi. Reklamasi dapat diartikan sebagai perlakuan atau pemrosesan yang dilakukan terhadap air limbah untuk membuatnya dapat digunakan kembali. Air limbah merupakan sumber air yang tidak terbatas dan hendaknya dijadikan sebagai alternatif sumber air yang baru selain air permukaan. Kemampuan untuk memanfaatkan air limbah ini akan sangat membantu terhadap kelestarian lingkungan dan sustainable development. Aplikasi membran dalam minimasi dan pemanfaatan kembali limbah industry (Wenten, 2005)

Salah satu contoh pemanfaatan air limbah adalah dengan mengambil (recovery) air yang terdapat di dalam air limbah untuk digunakan kembali sekaligus dengan cara ini meminimumkan volume limbah yang dihasilkan. Hal ini dapat dilakukan dengan menerapkan proses pemisahan berbasis membran. Air limbah dilewatkan pada membran, kontaminan akan terejeksi menjadi konsentrat sementara air yang telah terpisah dari kontaminan limbah akan lolos melewati membran dan keluar dalam bentuk permeat. Permeat yang berasal dari limbah ini dapat digunakan kembali sebagai air proses sehingga mengurangi kebutuhan pemakaian air baku. Hal ini dimungkinkan karena proses membran yang digunakan mampu merejeksi kontaminan-kontaminan berukuran mikron hingga ionik dari air sehingga menghasilkan air berkualitas yang tidak saja memenuhi standar baku mutu tapi juga dapat dipergunakan kembali. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

4

Teknologi Membran untuk Pengolahan Air Limbah Pasar Filtrasi Membran untuk Pengolahan Air Limbah Meningkatnya regulasi tentang penyediaan pengolahan air limbah yang lebih baik, meningkatnya kebutuhan air, desakan pasar untuk pengembangan dan komersialisasi teknologi membran juga industri air itu sendiri, serta biaya teknologi membran yang terus menurun akibat pengembangan intensif teknologi membran, menjadi faktor-faktor pendorong penggunaan membran untuk pengolahan air limbah. Saat ini metode yang paling umum digunakan untuk pengolahan air limbah oleh kota dan industri di China adalah klarifikasi, filtrasi, desinfeksi, dan metode filtrasi membran, dan tren metode filtrasi membran condong ke arah tersier (Sunitha Mysore Gopal, 2004)

Pasar Teknologi Pengolahan Air Limbah (China) 2003 Sumber: Sunitha Mysore Gopal, 2004, https://www.frost.com/sublib/display-market insight.do?id=23554784

Total Membrane Technologies Market Revenue Forecast by End-User Vertical (Southeast Asia), 2009-2007 Sumber: Frost & Sullivan dalam , http://www.frost.com/prod/servlet/market-insight-print.pag?docid=265741364


5

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Pendahuluan Klasifikasi Membran dengan gaya dorong tekanan (pressure driven) terdiri dari: • Mikrofiltrasi (MF) • Ultrafiltrasi (UF) • Nanofiltrasi (NF) • Reverse Osmosis (RO)

NF

RO Pressure Driven

UF

MF

Pada proses membran berbasis gaya dorong tekanan, masing-masing proses dapat dikelompokkan berdasarkan ukuran pori, dimana ukuran pori masing-masing mengikuti urutan berikut: MF > UF > NF > RO

Perbandingan proses membran berbasis gaya dorong tekanan (Mulder, 1996) Parameter

RO

NF

UF

MF

Membran

Asimetris

Asimetris

Asimetris

Simetris Asimetris

Ketebalan Thin Film

150 µm 1 µm

150 µm 1 µm

10-150 µm 1 µm

150 µm

Ukuran pori

< 0.002 µm

< 0.002 µm

0.2-0.02 µm

4-0.02 µm

Merejeksi

HMWC, LMWC NaCl, Glukosa, Asam amino

HMWC Mono-, di dan oligosaccharides , Ion negatif Polivalen

Makro molekul, Protein, Polisakarida, Vira

Partikel, Lempung, Bakteri

Material membran

CA Poliamida lapis tipis

Poliamida

Keramik PSO, PVDF,CA Thin film

Keramik PP, PSO, PVDF

Modul membran

Tubular, spiral wound, plate and frame

Tubular, spiral wound, plate and frame

Tubular, Hollow fiber, Spiral wound, Plate and frame

Tubular, Hollow fiber

Tekanan operasi

15-150 bar

5-35 bar

1-10 bar

<2 bar


6

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Mikrofiltrasi

Mikrofiltrasi (MF) mengacu pada proses filtrasi yang menggunakan membran berpori untuk memisahkan partikel tersuspensi dengan diameter antara 0,1 dan 10 μm. (Mulder, 1996) Membran MF terletak diantara membran ultrafiltrasi dan filter konvensional

Membran

Simetrik berpori

Ketebalan

≈ 10 – 150 μm

Ukuran Pori

≈ 0.05 – 10 μm

Driving force

Tekanan (< 2 bar)

Prinsip Pemisahan

Mekanisme Sieving

Material Membran

Polimer, keramik

Produksi cartridge sekali pakai berbiaya rendah, untuk proses obat-obatan dan elektronik kini merupakan bagian terbesar dalam industri mikrofiltrasi. Pada kebanyakan aplikasi di industri ini, sejumlah kecil partikel dihilangkan dari larutan yang telah cukup bersih. Waktu operasi membran mikrofiltrasi biasanya diukur dalam satuan jam. [Baker, 2005] Pengolahan limbah kota pertama dipasang Filtrasi CrossFlow dijelaskan

Kontaktor Membran untuk pengolahan gas asam

Tes Membran untuk menyaring air untuk pengembangan kontaminasi bakteri di Jerman Paten Membran Collodion Zsigmondy and Bachmann

Aplikasi skala besar membran mikrofiltrasi adalah untuk mengolah mikroorganisme di air minum; hal ini masih diaplikasikan. Tes ini dikembangkan di Jerman selama Perang Dunia II, sebagai metode cepat untuk mengamati suplai air dari kontaminasi.

CalTech memproduksi membran mikrofiltrasi sellulosa asetat-sellulosa nitrat


7

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Mikrofiltrasi

• • • •

Pori kecil di permukaan atas Partikel besar tertahan di permukaan Cepat tersumbat Disukai untuk mikrofiltrasi cross-flow (Mulder, 1996)

• Pori besar di permukaan • Partikel tertangkap pada konstriksi yang teradsorb pada dinding pori • Disukai untuk filtrasi in-line

 Biaya modal rendah

 Biaya modal tinggi

 Biaya operasi tinggi – membran harus diganti setelah digunakan dan pembuangannya dapat menjadi masalah

 Biaya operasi tidak terlalu tinggi – membran memiliki umur yang panjang jika sering dibersihkan  Operasi kompleks – filter membutuhkan pembersihan berkala

 Operasi sederhana – tidak ada komponen bergerak  Cocok digunakan untuk mengencerkan larutan dan ongkos penggantian membran meningkat dengan konsentrasi partikel di larutan umpan  Aplikasi: filtrasi steril/sterilisasi bir dan wine

 Cocok digunakan untuk larutan dengan kandungan padatan tinggi dan biaya operasi relatif tidak berpengaruh terhadap konsentrasi partikel di larutan umpan  Aplikasi: daur ulang kultur/sel kontinu, filtrasi produced water di ladang minyak

(Mulder, 1996) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

8

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Ultrafiltrasi

Ultrafiltrasi (UF) adalah varian dari filtrasi membran dimana tekanan hidrostatik memaksa cairan menembus membran semipermeabel. Padatan tersuspensi dan pelarut dengan berat molekul tinggi tertahan, sedangkan air dan pelarut dengan berat molekul rendah melewati membran (Mulder, 1996) Proses pemisahan ini digunakan dalam skala industri dan laboratorium untuk purifikasi dan pemekatan larutan makromolekul (103-106 Da), terutama larutan protein.

Membrane

Asimetris berpori

Ketebalan

≈ 150 μm (atau monolitik untuk beberapa keramik)

Ukuran Pori

≈ 1 – 100 nm

Driving force

Tekanan (1 - 10 bar)

Prinsip Pemisahan

Mekanisme Sieving

Material Membran

Polimer (contoh polisulfon [PS] , polyacrylonitrile [PAN]) Keramik (contoh zirconium oksida, aluminium oksida)

Amicon membuat hollow fiber UF pertama Abcor memasang pabrik tubular UF komersial

KINI 1990an

1960an Abcor mengkomersialisas i modul UF spiral wound

1920an

Pengembangan membran ultrafiltrasi untuk ginjal buatan yang dapat dipakai

Komersialisasi Membran UF

1907 Bechhold menggunakan istilah “ultra filter” dan mengukur titik gelembung Kini, sejumlah penelitian yang telah dilaksanakan memperlihatkan hasil yang menarik dan menjanjikan akan aplikasi sistem ultrafiltrasi wearable (WUF) dan ginjal buatan wearable (WAK). (Ronco, dkk, 2008) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

9

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Ultrafiltrasi Pengolahan Air Klarifikasi Wine Whey Keju Kaldu Fermentasi Cat Elektroforesis

Aplikasi dari Proses Ultrafiltrasi (Ho dan Sirkar, 1992) Proses

Pemisahan

Pengolahan air

Pemekatan sebelum sludge dewatering. Menahan silika koloidal dan bakteri di pre treatment RO

Klarifikasi Wine

Penghilangan komponen kabut dari red dan white wine

Whey keju

Pemekatan / fraksionasi protein dari laktosa dan komponen anorganik

Kaldu Fermentasi

Memisahkan zat organik dan agen terapeutik berberat molekul rendah dari sel atau sisa sel

Cat Elektroforesis

Memproses air bilasan, daur ulang cat ke tangki dip, memungkinkan penggunaan kembali air bilasan

Pada 1960an dan awal 1970an, ultrafiltrasi diproyeksikan untuk mengolah air limbah industrial. Aplikasi ini tidak terwujud. Ultrafiltrasi sangat mahal untuk digunakan bagi aplikasi ini, namun, ia digunakan untuk mengolah aliran limbah terkonsentrasi yang kecil dari sumber titik tertentu sebeum dicampurkan dengan aliran selokan. Ultrafiltrasi juga digunakan jika nilai komponen yang dipisahkan cukup tinggi untuk membayar biaya proses ini. Contoh dari aplikasi di atas adalah pemrosesan makanan, dimana konsentrat digunakan untuk produksi produk bernilai tinggi, atau produksi air ultra murni dalam industri elektronik. [Baker, 2005]


10

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Nanofiltrasi

Nanofiltrasi adalah proses filtrasi membran yang relatif baru yang seringkali digunakan dengan air dengan jumlah total padatan terlarut yang sedikit seperti air permukaan dan air tanah, dengan tujuan untuk softening (penghilangan kation polivalen) dan penghilangan produk samping desinfektan seperti zat organik alam dan sintetik (Mulder, 1996)

Membrane

Komposit

Ketebalan

Sublayer ≈ 150 μm; toplayer ≈ 1 μm

Ukuran pori

<2 nm

Driving force

Tekanan (10 – 25 bar)

Prinsip pemisahan

Solution diffusion

Material membran

Poliamida (polimerisasi interfasa)

Nanofiltrasi juga banyak digunakan pada aplikasi pengolahan makanan seperti produk susu, untuk pemekatan dan demineralisasi parsial secara bersamaan http://www.kochmembrane.com/Landing/SR3D-Nanofiltration.aspx

Aplikasi

Permeat

Whey / Permeat Whey

Air limbah asin

Tekstil Larutan pembersih kaustik Daur ulang larutan asam Air Antibiotik

Konsentrat (retentat)

Manfaat NF

Memungkinkan recovery laktosa dan Konsentrat whey bebas konsentrat whey protein dengan kadar garam garam yang lebih rendah NF digunakan untuk penghilangan garam Air, garam, BOD, COD Pewarna untuk mendapat produk yang bernilai lebih dan warna tinggi Larutan BOD, COD, padatan Memungkinkan daur ulang larutan kaustik pembersih tersuspensi, pembersih sehingga mengurangi biaya bahan kimia kaustik kaustik BOD, COD, Kalsium, Memungkinkan daur ulang larutan asam Larutan asam padatan tersuspensi, sehingga mengurangi biaya bahan kimia air asam Produksi air minum. Softened water Softened Air sadah mengurangi scaling pada peralatan dan water permukaan penukar panas Konsentrat antibiotik NF memproduksi produk farmasi bernilai Limbah asin bebas garam tinggi Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

11

Proses Membran Bergaya Dorong Tekanan Reverse Osmosis Reverse osmosis (RO) adalah sebuah metode filtrasi yang mampu menyisihkan banyak jenis molekul dan ion besar dari larutan dengan memberikan tekanan pada larutan yang berada pada salah satu sisi membran selektif (Mulder, 1996).

Sublayer ≈ 150 μm; toplayer ≈ 1

Ukuran pori

<2 nm

Driving force

Tekanan: air payau (15 – 25 bar)

Prinsip pemisahan

Solution diffusion

Material membran

Selulos triasetat, poliamida aromatik, Poliamida & polieterurea (polimerisasi interfasa)

Contoh

Pengolahan air

Desalinasi air laut Pre – treatment dari boiler water, Water softening dan daur ulang air proses

Recovery produk dan bahan kimia

Ketebalan

air laut (40 – 80 bar)

Tipe Pemisahan

Fraksionasi

Asimetris atau komposit

μm

Tekanan eksternal diaplikasikan pada larutan untuk melawan tekanan osmotiknya. Sehingga hasilnya adalah perpindahan air dari larutan hipertonik ke larutan hipotonik.

Pemekatan

Membran

Pemekatan jus buah, air dari pemrosesan ikan, Recovery susu dan pemekatan sirup Maple Klarifikasi jus buah, recovery rasa, bau, dsb. Penghilangan alkohol dari wine Recovery gula dan asam dari air bilasan dari fruit cocktail dicer. Regenerasi dari larutan pembersih dan sanitizer

Pengolahan air limbah

Pemekatan

Persiapan boiler feed water

Fraksionasi

Recovery produk dan bahan kimia

Mulder, 1996 Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

12

Proses Membran Bergaya Dorong Elektrik Pendahuluan Proses membran dimana perbedaan potensi listrik berperan sebagai gaya dorong dan membran bermuatan mengatur perpindahan ion. Membran bermuatan: 1. Membran penukar kation, memungkinkan perpindahan kation bermuatan positif 2. Membran penukar anion, memungkinkan perpindahan anion bermuatan negatif

Perbedaan potensial elektrik

• Gaya dorong yang sangat kuat dibandingkan tekanan (sangat lemah) • Perbedaan potensial elektrik ¼ V = kebutuhan tekanan 1200 bar untuk gaya dorong yang sama [Mulder, 1996]

Diagram berikut mengilustrasikan sejarah proses membran bergaya dorong elektrik. Antara 1880 dan1900 – Ostwald menemukan bahwa membran tidak dapat ditembus elektrolit Pada 1940 – Meyer dan Strauga, proses elektrodialisis multi sel

In1903 – Morse dan Pierce, elektrolit dapat dihilangkan lebih cepat dari larutan umpan dengan bantuan potensi elektrik

Akhir 1950an – skala industri pertama Awal 1960an – untuk desalinasi air payau

Around about 1940 – more effective synthetic ionexchange membranes

[Strathmann, 2004] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

Proses Membran Bergaya Dorong Elektrik Elektrodialisis Elektrodialisis Sebuah proses dimana ion dipindahkan melalui membran karena perbedaan potensi elektrik yang diberikan dan sebagai konsekuensi dari aliran arus listrik (Mulder, 1996)

Membrane

Membran penukar kation dan penukar anion

Ketebalan

≈ beberapa ratus µm (100 – 500 µm)

Ukuran pori

Tak berpori

Driving force

Perbedaan potensial elektrik

Prinsip Pemisahan

Mekanisme eksklusi Donnan

Material Membran

Kopolimer Crosslinked berbasis divinylbenzene (DVB) dengan kopolimer polystyrene atau polyvinylpyridine PTFE dan poly (sulfonyl fluoride-vinyl ether), (Strathmann, 2004)

Untuk membuat membran selektif untuk ion, membran penukar ion yang dapat melewatkan anion atau kation digunakan (Mulder, 1996)

1. Aplikasi industrial pertama dari membran penukar ion, Click to add Title pengembangan teori fundamental, 2. Menyebabkan 3. Menyebabkan Click to add Title pengembangan teknologi lanjutan, Electrodialysis Reversal (EDR) Bipolar membrane electrodiaysis (BP)

Electrodeionization (EDI) Electrolysis (EL) Fuel cell (FC),

Aplikasi industrial dari membran penukar ion berawal pada elektrodialisis (ED) dan menyebabkan perkembangan teori fundamental. Pengembangan teori fundamental menyebabkan pengembangan lanjutan dari teknologi ED.

[Tanaka, 2007]


14

Proses Membran Bergaya Dorong Elektrik Elektrodialisis Prinsip operasi elektrodialisis diilustrasikan sebagai berikut: Concentrat Membran penukar anion

Diluat

Katoda

-

Membran penukar kation

-

+ + -

+ + + + + + + +

+

-

+ +

+ + + + + + + +

Anoda

+

Larutan Umpan

Prinsip elektrodialisis (Mulder, 1996) Pasangan sel

Unit yang terdiri dari membran penukar kation, kompartemen diluat, membran penukar anion, dan kompartemen konsentrat Stack

Pasangan sel disusun antara dua elektroda, biasanya hingga 200 pasangan sel dalam satu tumpukan. (Strathmann, 2004)

Konstruksi dari tumpukan lembaran elektrodialisis (Strathmann,2004)

Stack elektrodialisis Industrial. Ref: www.ameridia.com/html/elea.html


15

Proses Membran Bergaya Dorong Elektrik Elektrodeionisasi Elektrodeionisasi Kombinasi dari elektrodialisis dan proses penukar ion konvensional. Proses campuran yang tidak memerlukan regenerasi kimia. (Li, dkk, 2008)

1955 - Walters dkk menerapkannya pada limbah konsentrat radioaktif 1957 – Kollsman melakukan eksperimen untuk deionisasi air 1959 – Glueckauf, perlakukan terhadap limbah radioaktif encer

1971 – Matejka melaporkan perkembangan akan teori perpindahan ion

1987 Komersialisasi pertama (Thin cell) oleh Millipore

1990s Banyak tulisan teknis dipublikasikan

(ref: www.ameridia.com/html/elea.html; Gifford dan Atnoor, 2000; Smith, dkk, 2000; Bouhidel dan Lakehal, 2006; Wood, dkk, 2010)

Keuntungan, (Strathmann, 2004) Dibandingkan resin penukar ion:  Proses kontinu  Tanpa regenerasi, yang sangat butuh pekerja dan mahal Dibandingkan elektrodialisis konvensional:  Konduktivitas dari sel yang diisi diluat meningkat lebih dari dua kali lipat Kerugian (Strathmann, 2004)  Penggunaan arus yang relatif buruk


16

Proses Membran Bergaya Dorong Elektrik Elektrodeionisasi Prinsip elektrodeionisasi diilustrasikan sebagai berikut Potensial listrik: • Menciptakan gaya dorong untuk perpindahan ion • Memecah molekul air menjadi ion hidrogen dan hidroksil. (Li, dkk, 2008)

Membran penukar ion: • Berguna sebagai pembatas antara aliran curah air • Menetapkan wilayah kompartemen. (Tanaka, 2007)

Resin penukar ion: • Meningkatkan konduktivitas dari kompartemen dilut • Menambah laju perpindahan ion (Tanaka, 2007)

Prinsip perpindahan ion dalam sel diluat yang dipenuhi resin penukar ion dari EDI (Strathmann, 2004)

Moda operasi EDI (Ganzi, 1988)

Moda Elektrodeionisasi Ketika salinitas umpan tinggi, (Ganzi dan Parise, 1990)

Moda Elektroregenerasi Ketika salinitas air umpan sangat rendah karena lewatnya spesi bermuatan kuat ke kamar konsentrat


17

Bioreaktor Membran Teknologi membran sebagai sebuah proses pemisahan dapat menjadi alternatif untuk meningkatkan kinerja pengolahan air limbah konvensional. Penggunaan membran untuk mengganti klarifier sekunder pada activated sludge konvensional, yang dikenal sebagai bioreaktor membran, memiliki luas area pengolahan yang kecil dengan kualitas keluaran yang sangat baik. Akan tetapi, fouling masih menjadi kekurangan utama. Untuk meminimalkan fouling membran, beberapa konfigurasi bioreaktor membran dikembangkan.

Penggantian klarifier sekunder pada pabrik pengolahan air limbah konvensional dengan unit membran

Wenten (2009) telah mengembangkan sebuah konfigurasi baru bioreaktor membran terendam untuk pengolahan air limbah industrial aerobik. Untuk konfigurasi baru ini, membran ultrafiltrasi ends-free terendam ditutupi dengan suatu unggun partikel berpori. Analisis fouling menunjukkan bahwa konfigurasi baru ini memiliki tahanan irreversibel lebih rendah daripada konfigurasi terendam lainnya. Selain itu, uji kinerja sistem skala pilot menunjukkan bahwa fluks yang dihasilkan sekitar 8 l/m2.jam dan efisiensi penyisihan COD lebih dari 99%.

Skema sistem submerged ends-free MBR


18

Bioreaktor Membran Pengembangan Konfigurasi Bioreaktor Membran

Proses:  Aplikasi tunggal  Apliasi terkombinasi (physic conv.-, membrane-, biological-process ) Tipe air limbah: domestik, perkotaan, industrial

Membrane (MBR) Primary Treatment

Secondary Treatment

Membran Sebagai Pengolahan Tersier

Feed

Tertiary Treatment

Membran Bioreaktor Eksternal

Concentrate

Clari fier

Aerati on Tank

Permeate

Biore actor Membrane

Return Sludge

 Kualitas Efluen  Konsentrasi Tinggi Biomassa Tanpa Produksi Lumpur

Membran


19

Bioreaktor Membran Membran Reaktor Enzimatik

Membran Bioreaktor Sel Utuh

Membran reaktor enzimatik memiliki beberapa keuntungan (mode kontiynu, retensi dan reuse dari katalis, pengurangan inhibisi substrat/produk, produk bebas enzim, proses terintegrasi, dsb.) (Drioli, 2008).

Membran bioreaktor untuk sel utuh diam memiliki keuntungan dapat meningkatkan densitas sel. Sel melalui membran dengan aliran tunak kontinyu dari medium yang mengandung oksigen dan nutrien lain (Drioli, 2008)

MBR dengan adsorpsi Enzim

Skema dari konversi olive oil enzimatik pada bioreaktor hollow-fiber (Marcano, 2002)

MBR dengan Enzim diam

MBR dengan daur ulang enzim

• Membran dapat memisahkan enzim dan substrat dari produk reaksi untuk didaur ulang. • Dengan sistem ini, enzim dapat didaur ulang dan digunakan lebih dari sekali. • Aplikasi: o Hidrolisis enzimatik dari polisakarida (Selulosa, pati) atau oligosakarida (maltosa, sukrosa, laktosa). o Klarifikasi jus buah dengan ektinase dan selulase. Marcano (2002) Efek loading papain pada membran polisulfon termodifikasi pada aktivitas. D : aktifitas terkoreksi oleh adsorpsi produk reaksi, /»-nitroaniline. O : Aktivitas (Marcano, 2002) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

20

Bioreaktor Membran Konfigurasi Bioreaktor Membran

Ion-Exchange MBR (Mc Adam dan Judd, 2006) Konfigurasi ini identik dengan proses ekstraktif namun teknologi membran mikropori digantikan dengan teknologi membran penukar ion padat. Keuntungannya adalah membran tak berpori memfasilitasi lebih spesifik ekstraksi nitrat dari air mentah dan secara prinsip menghindari perpindahan polutan organik dan anorganik yang terdapat pada biomedium. Proses ini bergantung pada konsentrasi dan gradien muatan dari spesi ion yang hadir sebagai gaya dorong.

Biofilm electrode reactor (Mc Adam dan Judd, 2006) Dibandingkan menggunakan membran gas permeabel untuk mengatasi kekurangan dari pelarutan standar gas hidrogen, gas hidrogen dapat diproduksi secara in situ untuk memasok pertumbuhan biofilm di katoda, prosesnya disebut reaktor elektroda biofilm (biofilm electrode reactor, BER). Untuk meningkatkan luas permukaan untuk pertumbuhan biofilm, granular activated carbon (GAC) dijejalkan secara tumpat pada permukaan katoda dan teknologi membran terendam digunakan pada ruang terpisah

[McAdam dan Judd, 2006] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

21

Bioreaktor Membran Konfigurasi Bioreaktor Membran MBR memiliki konfigurasi proses berbeda, termasuk sistem ekstraktif dan difusif. Pada sistem ekstraktif, membran digunakan untuk mengekstrak komponen spesifik di sepanjang membran baik untuk biotreatment diskrit atau untuk pengolahan biologis dari efluen yang tersisa.

Ekstraksi Nitrat (eMBR)

Pada MBR difusif, membran digunakan untuk melewatkan gas ke dalam bioreaktor dalam bentuk molekular. Hal ini berarti gas dimasukkan langsung ke biofilm, terbentuk secara langsung pada permukaan membran, tanpa melalui pelarutan. Oleh karena itu hampir 100% gas termanfaatkan, dibandingkan sparging udara konvensional (30%). Meskipun memiliki performa yang sangat baik, perkembangan sistem difusif dan ekstraktif belum dikomersialisasikan.

Difusi Hidrogen (dMBR)

Konfigurasi konvensional MBR rejeksi (rMBR) mengkombinasikan biotreatment dengan pemisahan membran dengan mikrofiltrasi (MF) atau ultrafiltrasi (UF), dengan membran yang ditempatkan di luar atau dalam bioreaktor. Membran yang digunakan biasanya flat sheet (FS) atau hollow fibre (HF) jika ditempatkan dalam bioreaktor atau multi0tube (MT) jika ditempatkan di luar.

[Judd, 2008] Rejeksi Biomassa (rMBR) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

22

Bioreaktor Membran Bioreaktor Membran Forward Osmosis Membran Bioreaktor (MBR) mengkombinasikan proses membran seperti mikrofiltrasi atau ultrafiltrasi dan bioreaktor suspended growth.

en.wikipedia.org • •

Pengolahan air limbah Penggunaan kembali air minum – FO sebagai pretreatment

Keuntungan MBR Forward Osmosis Rejeksi tinggi pada tekanan hidraulik lebih rendah Degradasi biologis yang ditingkatkan dari senyawa organik

Mengurangi kadar senyawa organik terlarut  mengurangi fouling sistem RO

Skema dari peralatan MBR skala laboratorium (kontinyu)

Achilli, dkk, 2009

Fouling lebih rendah  pemadatan foulant yang lebih rendah


23

Bioreaktor Membran Bioreaktor Membran Forward Osmosis Perbandingan kualitas permeat MBR dan OMBR. Parameter

Unit

Parameter MBR

Permeat OMBR

Ammonium

mg/l as N

0.09-0.6

<0.01-0.1

Boron

mg/l

0.06-0.11

0.03-0.07

Kalsium

mg/l

26.5-28.5

0.3-0.9

Fluorida

mg/l

0.3-0.47

0.01-0.1

Besi

mg/l

0.005-0.017

<0.003

N-Nitrat

mg/l

11.2-14.3

3.36-6.8

pH

-

6.1-6.9

5.7-6.7

PO4

mg/l

14-21

0.08-0.14

Silika

mg/l as SiO2

9.6-10.4

1.7-1.9

Strontium

mg/l

0.066-1.35

0.007-0.06

TKN

mg/l

0.9-5.0

0.2-0.7

TOC

mg/l

5.65-7.13

<0.5-1.6

Fluks FO lebih rendah 18% dari fluks air murni. Sementara itu, fluks MBR konvensional lebih rendah 75%. (Achili, 2008).

Membran

Material

Ukuran pori, μm

Fluks, L(m2.h)

Siklus Filtrasipencucian Filtrasi (min)

Siklus/hari

Fluks neto, L/(m2.h)

Backwash (min)

Hollow fiber

Polyethylenepolysulfone

0.1

20

5-45

0.25-15

24-274

15-18

Tubular

Polypropylene

0.2

8-22

30

0.25

48

-

Flat sheet

C-PVC-stainless steel

0.2-0.4

17-22

3-8

1-4

120

8.7-11

OsMBR

CTA

9.0

10,200

60

0.14

8.9

_

[Achili, 2008]


24

Bioreaktor Membran Bioreaktor Distilasi Membran Bioreaktor membran konvensional

Pengolahan air limbah

Proses MBR dapat memproduksi efluen berkualitas cukup tinggi untuk dibuang ke air pesisir, permukaan, payau, atau dimanfaatkan kembali untuk irigasi. Manfaat lain MBR dibandingkan prose konvensional termasuk luas area yang sedikit, kemudahan retrofit dan upgrade dari pabrik pengolahan air limbah tua. Namun, MBR dan pengolahan limbah menggunakan MBR konvensional memiliki beberapa kerugian. Sebagai contoh, ketika membran MF dan UF dapat menghilangkan flok bakterial dari permeat, membran ini hanya memberikan retensi terbatas untuk senyawa organik residual termasuk senyawa organik umpan yang belum terdegradasi dan produk samping metabolit, karena senyawa organik residual terlarut dalam air dan dapat melewati membran. MDBR adalah teknologi baru yang menggabungkan bioreaktor untuk pengolahan air limbah dengan membran distilasi (MD).

Bioreaktor membran

Bioreaktor distilasi membran

Kebaruan membran distillation bioreactor (MDBR) didasarkan pada proses MD yang digerakkan oleh termal yang menggunakan membran hidrofobik mikropori seperti polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVDF) atau polytetrafluoroethylene (PTFE). MDBR terutama cocok untuk skenario dimana produk air kualitas tinggi dibutuhkan dan/atau pada situasi dimana waktu tinggal yang tinggi dibutuhkan untuk penghilangan efektif senyawa organik refraktori.

Distilasi membran

Air-gap MD Sweep-gas MD

Vacuum MD

Direct Contact MD

MDBR

Osmotic MD

Teknik MD ini dapat langsung diimplementasikan oleh salah satu keterampilan dalam MDBR.

Phattaranawik, dkk, 2008


25

Bioreaktor Membran Bioreaktor Distilasi Membran

Membrane distillation Susunan konseptuan.

bioreactor–

Membrane Distillation Bioreactor Skala Kecil

Perbedaan utama antara MF/UF-MBR dan MDBR Parameter

MF/UF-MBR

MDBR Termal (perbedaan temperatur), pada tekanan

Driving Force

Diutamakan penyedotan tekanan

Membran

UF atau MF, terutama hidrofilik

Fasa di pori membran

Cair

Uap, gas

Bergantung aktivitas biologis; TOC

Tidak tergantung aktivitas biologis, sebanding

3–10 ppm

dengan produk distilasi; TOC < 0.8 ppm

Waktu Start up

Lambat

Lebih Cepat

Fluks

10–30 L/m2 h (tipikal)

2–15 L/m2 h (~fluks RO) at 55°C

Kualitas Permeat

atmosferik Porous, hydrophobic MF such as PTFE and PVDF (preferred)

Manfaat potensial dari MDBR • Kualitas permeat sebanding dengan proses RO dan tidak bergantung aktivitas biologis. • Bisa mencapai kualitas air yang mirip dengan lumpur aktif konvensional dengan MF dan RO atau MBR konvensional dalam RO dalam tahap tunggal. • Waktu start-up lebih singkat • Zat yang belum terdegradasi atau membandel dapat ditahan dengan waktu tinggal lebih lama sehingga mengalami degradasi bertahap. • Proses atmosferik dan berpotensi tidak banyak bergantung pada sumber listrik Phattaranawik, dkk, 2008 Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

26

Industri Pangan MEMBRAN KERAMIK UNTUK TOTAL SOLID RECOVERY PENGOLAHAN MINYAK SAWIT TANPA LIMBAH

Instalasi Membran Keramik PT Agricinal - Bengkulu

Pada pengolahan minyak sawit, teknologi membran juga memunculkan peluang untuk mewujudkan konsep “Zero Sludge Palm Oil Milling Plant”. sistem integrasi kebun-ternak atau dikenal sebagai sistem integrasi kelapa sawit-sapi (SISS). Limbah industri CPO merupakan limbah berat dengan kuantitas besar dan kandungan mencapai 20.000-60.000 mg/l BOD dan 40.000120.000 mg/l COD. Membran keramik dapat digunakan untuk pengutipan (recovery) seluruh solid dari heavy phase sementara pengolahan limbah kondensat dilakukan dengan menggunakan kombinasi teknologi DAF (dissolved air flotation) dengan proses membran UF. Proses filtrasi terhadap heavy phase menggunakan membran keramik dapat mengutip seluruh solid. Selama ini cake yang berasal dari dekanter telah terbukti dapat digunakan sebagai pakan ternak. Uji coba pemberian pakan pada ternak sapi dengan menggunakan cake yang berasal dari dekanter telah dilakukan di Sumatera Utara dan telah mencapai hingga empat generasi. Proses ini juga menghasilkan air yang dapat dipergunakan kembali sebagai air proses. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

27

Industri Pangan Produksi Bersih di Industri Pati Pati merupakan produk serbaguna, baik dalam bentuk bahan dasarnya maupun dalam bentuk turunannya. Secara alami, pati tersedia dalam jumlah berlimpah, yang jumlahnya hanya bisa dilampaui oleh selulosa. Satu-satunya masalah besar yang dihadapi industri tapioka adalah permasalahan limbah cair. Setiap satu ton produk tapioka dihasilkan sekitar 35 m3 limbah cair dengan COD yang dapat mencapai 25.000 mg/l.

Proses produksi tepung tapioka modern terdiri atas tahap pengolahan air dengan UF (ultrafiltrasi), tahap pengolahan awal bahan baku, tahap ekstraksi, tahap pengendapan (settling), dan tahap pemisahan dengan NF (nanofiltrasi). Sementara produk yang dihasilkan terdiri atas onggok kualitas tinggi, pati, soluble starch, dan alcohol.


28

Industri Pangan Pengolahan Whey

[Tamime, 2013] Whey (air dadih) yang dahulu dikenal sebagai polutan utama perairan, kini merupakan sumber dari berbagai bahan berharga. Whey merupakan produk samping pembuatan keju dan caseinate. Whey memiliki kualitas nutrisi dan biologis yang superior dan karakteristik unik fungsional dari protein whey. Bertambahnya pengetahuan akan fungsi biologis dari konstituen whey menarik perhatian peneliti, pembuat, dan konsumen. Kini, pemrosesan whey untuk mengambil konsituennya menjadi lebih disukai dibandingkan pengolahan whey untuk pembuangan. Aplikasi pertama membran dalam pemrosesan whey berada pada pemekatan whey. RO (kini lebih banyak NF) diaplikasikan pada pemekatan whey dan berbagai filtrat UF. Pemekatan dilakukan untuk mengurangi volume produk sebelum dikirim atau evaporasi vakum dan spraydrying untuk menghemat energi. Pemekatan filtrat UF, mengandung 5% total padatan (utamanya laktosa, garam dan komponen larut minor susu lainnya) bertujuan untuk meningkatkan nilai seperti pakan ternak, pengambilan laktosa setelah kristalisasi, fermentasi laktosa menjadi glukosa dan galaktosa sebagai pemanis industri penganan, alkohol, asam laktat.

[Baker, 2005] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

29

Industri Pangan Pengolahan Brine Keju Penggaraman keju dengan larutan brine adalah salah satu tahap penting dalam operasi pembuatan keju. Karakteristik brine merupakan dasar untuk memungkinkan proses drainase dadih akan berlangsung dengan baik. Pengambilan NaCl oleh keju diimbangi dengan difusi kelembaban dan komponen larut air seperti kalsium dan phospor dari keju ke brine. Ditambah lagi, mikroflora dapat luluh dari permukaan keju ke brine, dan mikroflora brine dapat mengkontaminasi keju lainnya. Untuk menstandarisasi proses penggaraman keju dan untuk menghindari kontaminasi mikroorganisme, brine harus diolah. Umumnya, penggaraman keju dilangsungkan pada 5-10oC dengan pengaturan pH dekat dengan keju yang diolah seperti ~5,3 untuk mozzarella dengan asam kualitas pangan seperti asam asetat. Kalsium juga seringkali ditambahkan dalam bentuk kalsium klorida. Perlakuan ini dilakukan untuk mendapatkan karakteristik produk yang optimum. Jika kalsium tidak ditambahkan, peluruhan kalsium dari keju akan terjadi dan menyebabkan pelunakan tubuh dan tekstur keju yang menyulitkan berbagai aplikasi keju seperti pembuatan pizza.

[synderfiltration.com]

[cheesetique.com]

[cheeseforum.org] Brine tersebut dapat dimurnikan dengan membran menggunakan MF atau UF. Pada sistem brine besar, kanal brine langsung terhubung dengan finessavers untuk menghilangkan partikel keju padat. Proses dilanjutkan dengan purifikasi dengan sistem membran dimana padatan keju seperti lemak dan protein, juga bakteri dihilangkan. Permeat (brine murni) kemudian didinginkan dan dipompakan ke tangki buffer brine untuk diatur pH dan kadar garam dan kalsiumnya. Dari sana, brine dikembalikan ke kanal. Prosedur ini memungkinkan pemeliharaan ekonomis dari sistem brine dan membuatnya tidak perlu dibuang terlalu sering.


30

Pengolahan Air Terproduksi Pengolahan Air Terproduksi

Limbah industri migas yang dibuang ke air: – – – – –

Fragmen batuan pada lumpur pengeboran Air terproduksi yang terekstrak dengan minyak dari reservoir Air pendingin pada temperatur lebih tinggi Air limbah dari proses pemabrikan Air pemberat dari pengapalan produk

Pengolahan air terproduksi (produced water) merupakan salah satu masalah besar dalam pengolahan migas. Isu lingkungan terkait air terproduksi kian meningkat karena volume air terproduksi semakin meningkat seiring dengan umur sumur. Penanganan air terproduksi beragam jenisnya dari mulai penggunaan kembali seperti untuk proses, pembuangan ke lingkungan, juga reinjeksi ke dalam sumur untuk menjaga tekanan sumur. Ketiga penanganan tersebut membutuhkan teknologi yang berbeda pula. Penggunaan kembali air terproduksi umumnya memiliki spesifikasi yang lebih tinggi sehingga membutuhkan gabungan proses MBR dan RO untuk menghilangkan zat organik di dalamnya juga ion-ion terutama jika digunakan sebagai air umpan boiler. Pembuangan air terproduksi sendiri memiliki spesifikasi yang lebih rendah sehingga MBR saja dapat mengurangi tingkat kebutuhan oksigen di dalam air. Untuk reinjeksi, spesifikasi yang dibutuhkan lebih rendah lagi karena hanya perlu memenuhi kriteria perpipaan sehingga penghilangan padatan dengan UF dirasa sudah cukup. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

31

Pengolahan Air Terproduksi Mekanisme Produksi Limbah pada Produksi Migas


32

Pengolahan Air Terproduksi Pengolahan Air Terproduksi di Indonesia

Diagram Blok Sederhana

Ultrafiltration Unit

Incinerator Unit

Chemical Injection Unit

Deaerator

Power Consumption : 1625 kWH/m3 Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

33

Pengolahan Air Terproduksi Pengolahan Air Terproduksi di Indonesia

PABRIK TAMBUN

RAW WATER (PRODUCED WATER)

LABORATORY SCALE

PILOT SCALE

FULL SCALE

SKALA PILOT


34

Pengolahan Air Terproduksi

Pada proses hulu pemrosesan minyak, fasilitas pengolahan air terproduksi di permukaan umumnya memiliki pemisahan minyak, air, dan gas; sistem pemoles air; sistem penyaring padatan; dan unit pengolahan kimia. Fasilitas ini mengolah air terproduksi untuk memenuri standar yang dibutuhkan untuk reinjeksi atau pembuangan. Pada proses ini, mengelola satu barrel air terproduksi mengeluarkan biaya sebesar $0,5. kini, beberapa aplikasi dari teknoloogi membran dimanfaatkan pada fasilitas permukaan untuk pengolahan air terproduksi. Sebaliknya, prosis hilir pada fasa pengilangan minyak, kilang minyak mengkonsumsi sejumlah besar air untuk pemroses berbagai operasi selama pengilangan. Menurut survey global terbaru yang dilaksanakan pada 2011, 662 kilang memiliki kapasitas pemrosesan lebih dari 88 juta bbl/hari menggunakan berbagai variasi proses untuk mendapatkan kuantitas besar dari air terproduksi. [Alzahrani dan Mohammad, 2014]


35

Aplikasi Lain Pemurnian Pelumas Bekas dengan Membran Keramik Minyak pelumas pada kondisi normal tidak mudah terdegradasi. Minyak pelumas hanya menjadi kotor ketika digunakan karena terkontaminasi padatan atau pelarut lain. Hal inilah yang menyebabkan warna pelumas bekas menjadi hitam keruh dari coklat jernih ketika dibeli. Hal ini pula yang membuat limbah pelumas menjadi bahan B3 yang harus ditangani secara khusus dan tidak boleh terlepas bebas ke lingkungan.

Pemurnian minyak pelumas bekas dapat dilakukan dengan teknologi membran. Padatan serta pengotor lainnya terejeksi dan minyak beserta beberapa aditif dapat melewati membran. Hasilnya, minyak pelumas jernih didapatkan dengan kualitas seperti minyak baru dan dapat digunakan kembali. Untuk proses ini, membran keramik bersifat hidrofobik digunakan pada temperatur tinggi sehingga minyak pelumas bekas yang baru digunakan mesin-mesin pabrik dapat langsung diproses. Ditambah lagi, hal hal di atas meningkatkan fluks dari membran sehingga proses dapat lebih ekonomis.


36

Aplikasi Lain Industri Pulp dan Kertas Meskipun ada peningkatan populatiras penggunaan internet dan jurnal elektronik, produksi pulp dan kertas global terus menerus meningkat dengan laju yang sama dengan Gross Domestic Product (GDP) dunia. Pulp yang digunakan untuk produk kertas dapat berupa pulp kimia, mekanik, atau kertas recover.

[EIPPCB, 2001] Pada pabrik produksi linerboard zero effluent discharge (ZLD) di McKinley Paper plant di New Mexico, aliran limbah dibersihkan menggunakan membran dengan pretreatment ekstensif termasuk dissolved air flotation (DAF) dan lumpur aktif. Setelah lumpur aktif, air yang jernih diolah dengan mikrofiltrasi kontinyu (CMF) menggunakan modul hollow fiber. Partikel atau foulant yang menempel pada permukaan luar hollow fiber kemudian dihilangkan dengan kombinasi siklus backflus dengan semburan udara. Hanya pretreatment keras yang memungkinkan penggunaan modul HF, yang biasanya tidak cocok karena padatan yang tinggi. Permeat MF kemudian diolah dengan reverse osmosis (RO) menggunakan elemen air payau. Proses selanjutnya melibatkan rekompresi, MVR, dan evaporasi. Hal ini membuat pabrik hanya butuh 0,8 m3air/ton produk sebagai air makeup.

[Judd dan Jefferson, 2003]

Ketertarikan pada aplikasi filtrasi membran pada industri pulp dan kertas pada 25 tahun belakangan semakin meningkat. Proses-proses berbasis membran menawarkan pemisahan tingkat tinggi dibarengi dengan jejak yang rendah dan konsumsi energi yang relatif rendah terutama jika dibandingkan teknologi saingan yaitu evaporasi.

[Webb,1999] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

37

Aplikasi Lain Industri Pulp dan Kertas


38

Aplikasi Lain Industri Tekstil Proses industri tekstil meliputi konversi serat natural (katun, wol, sutra,dll) dan sintetis (viskos, poliester, akrilik) menjadi kain dan produk lainnya. Empat aktivitas utama yang dapat dikenali dari proses ini antara lain (Mattioli, dkk, 2002): • Pengolahan bahan baku (persiapan/produksi serat/benang tekstil) • Produksi kain tenunan/rajutan • Finishing dari kain (penggantian beberapa sifat fisik dari kain untuk memenuhi kebutuhan kegunaan) • Produksi produk dari kain (garmen, karpet, dkk)

Industri tekstil telah menyebabkan masalah lingkungan yang serius akibat air limbah yang diproduksi. Kebanyakan industri tekstil memproduksi air limbah dengan BOD, COD, padatan tersuspensi dan warna yang relatif tinggi. Air limbah juga dapat mengandung logam berat bergantung pada agen pewarna yang digunakan. Secara umum, tujuan pengolahan air limbah industri tekstil adalah untuk mengurangi kadar polutan organik, logam berat, padatan tersuspensi dan warna sebelum dibuang ke sungai. Agen pewarna digunakan untuk proses pewarnaan dan percetakan. Air limbah dari kedua proses ini adalah yang paling berpolusi pada industri tekstil.

[solvay.com]

[Correia, dkk, 1995]

[Judd dan Jefferson, 2003]

Kebanyakan operasi sistem perolehan dan pemakaian kembali limbah pewarna berbasis membran menggunakan reverse osmosis atau nanofiltrasi untuk menghilangkan warna. Masalah yang dihadapi antara lain biaya yang cukup tinggi yang diindikasi dengan payback period yang tinggi bahkan dengan biaya air bersih yang tinggi. Dua studi bench scale menunjukkan biaya operasi pada $0,5 dan $1 tiap m3 produk. Meskipun begitu, teknologi membran dapat memenuhi syarat lingkungan pencemaran limbah tekstil sehingga penggunaannya di masa mendatang dapat lebih tinggi karena kebutuhan regulasi yang semakin ketat, biaya air bersih yang semakin tinggi dan biaya membran yang cenderung berkurang. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

39

Aplikasi Lain Air Limbah Perkotaan

Reklamasi Limbah Perkotaan

[kingcounty.gov]

Reklamasi dan penggunaan kembali air limbah perkotaan merupakan praktik yang umum di dunia. Dengan reklamasi air limbah, sirkulasi air melalui siklus air alami dapat diputus, dimana kontribusi air yang diambil dari alam bagi kebutuhan manusia dan dampak lingkungan terbatas. Karakteristik utama dari air limbah yang direklamasi adalah produksinya relatif konstan sepanjang tahun karena sumbernya tidak bergantung pada air hujan namun pada produksi limbah perkotaan. Sehingga air yang direklamasi dapat meningkatkan reliabilitas suplai air yang sebanding dengan sumber air yang digunakan. Demikian pula, air daur ulang dapat dipandang sebagai sumber air independen yang mampu meningkatkan reliabilitas suplai air.

Proses Berbasis Membran Proses berbasis membran kebanyakan diaplikasikan sebagai tahap pemolesan efluen dari pabrik pengolahan air limbah perkotaan, menggunakan efluen sekuder atau tersier sebagai umpan dengan konten padatan tersuspensi yang relatif rendah. Alternatif dari aplikasi ini adalah MBR sebagai kombinasi dari proses pengolahan biologis dan retensi biomassa dengan membran MF atau UF. MF atau UF didedikasikan untuk menghilangkan padatan tersuspensi, material organik, dan untuk disinfeksi, hingga mendapatkan efluen final berkualitas tinggi dengan berbagai kemungkinan penggunaan. Proses fisik seperti ini sangat diminati untuk pengolahan air limbah karena teknologi yang digunakan harus dapat memproduksi air dengan kualitas seragam dari umpan dengan variasi pengotor dan sifat yang tinggi.

[Wintgens, dkk, 2005] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

40

Aplikasi Lain Penggunaan Kembali Air Cucian Mencuci adalah kebutuhan sehari-hari. Kain yang telah dipakai harus sering dicuci agar penggunaannya optimal dan tidak menggangu kesehatan dalam pemakainya. Penggunaan air cucian pada rumah tangga seringkali diabaikan karena relatif sedikit. Salah satu industri yang menggunakan air cucian dalam jumlah besar adalah industri perhotelan. Semakin banyak kamar, semakin banyak pula kain yang harus dicuci untuk menjamin kualitas dan memuaskan pelanggan. Karena penggunaan air yang cukup banyak, penggunaan kembali air cucian menjadi satu hal yang dapat mengurangi biaya penyediaan air bersih untuk mencuci. Teknologi membran dapat digunakan untuk menyaring kembali air bekas cucian yang mengandung kotoran dan detergen hingga menghasilkan air bersih yang siap digunakan kembali untuk mencuci.


41

Aplikasi Lain Pengolahan Air Limbah dengan Elektrodialisis untuk Industri Electroplating Pada aplikasi ini, recovery air tidak perlu menjadi tujuan utama. Seringkali komponen beracun atau berharga yang harus dihilangkan dari efluen industri untuk mencegah polusi lingkungan. Salah satu sumber utama polusi adalah efluen dari industri pemrosesan logam.

Perolehan kembali logam berat berharga atau beracun seperti nikel, tembaga, zink, atau kadmium dari efluen proses elektroplating adalah kepentingan utama untuk pengendalian polusi lingkungan dan untuk alasan ekonomis [Korngold, dkk, 1978]. Daur ulang ion logam dari larutan pembilas elektroplating adalah sebuah aplikasi menarik dari elektrodialisis pada industri galvanik. Contoh umum adalah perolehan kembali dan pemekatan sisa bilasan.

Integrasi dari unit elektrodialisis pada proses pembilasan bagian logam yang dilapisi untuk daur ulang air bilasan dan perolehan kembali ion logam.

 Konsentrasi dari tangki bilas dapat dijaga pada tingkat rendah untuk periode waktu yang panjang  Elektrodialisis memiliki “fungsi ginjal” dalam susunan proses ini.  Proses ini menghasilkan pengurangan substansial dari ion yang harus dihilangkan oleh resin penukar ion.  Karena daur ulang air, perolehan kembali dari ion logam, dan pengurangan sludge, maka pengurangan ongkos pengolahan air limbah substansial dapat dicapai. [Strathmann, 2004] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

42

Aplikasi Lain Industri Electroplating


43

Aplikasi Lain Perolehan Kembali Asam dari Larutan Pengawet dengan Dialisis Difusi Sebagai contoh untuk aplikasi skala besar yang sukses dari dialisis difusi adalah pabrik yang berlokasi di Nippon Stainless Co. Ltd. Sekitar 0.9 m3h-1 dari sisa bak pengawetan stainless steel diolah kembali [Kobuchi, 1983; Kobuchi, dkk, 1987;Kobuchi, dkk, 1986]. Untuk meningkatkan recovery dan untuk mengurangi pelepasan udara dari air ketika proses dialisis. Padatan tersuspensi dihilangkan 40 oC

45-50 oC

Pabrik dialisis difusi untuk mengambil kembali HNO3 dan HF dari 0.9 m3d-1 sisa bak pengawetan stainless steel. [Strathmann, 2004]

Data spesifikasi dan performa dari unit dialisis difusi dari sisa larutan bak pengawetan stainless steel. [Strathmann, 2004] Peralatan Dializer difusi

Spesifikasi TSD 50-2000

Membran

Neosepta AFN

Kapasitas pabrik Permukaan membran Larutan Pengawet Sisa

0.9 m3h-1 950 m2 Konsentrasi [g L-1]

HNO3

55

HF

11

Ion Fe3+

21 Laju Recovery Asam

Recovery [%]

HNO3

97

HF

50

Laju penghilangan ion Fe3+

95


44

Aplikasi Lain Distilasi Membran untuk Penggunaan Kembali Multi-Stage Waste Brine

Distilasi multi stage flash (MSF) adalah teknik berbasis termal yang telah digunakan untuk desalinasi air laut. Secara umum, teknik ini memproduksi brine dalam jumlah besar dengan temperatur sekitar 90oC. Brine yang dihasilkan dapat memberikan dampak yang buruk bagi lingkungan.

Direct contact membrane distillation (DCMD) memiliki potensi untuk digunakan dalam proses recovery brine MSF. DCMD diproyeksikan untuk diintegrasikan dengan plant MSF untuk memproduksi air dan garam. Dari tinjuan teknis menunjukkan bahwa kecepatan linier dan temperatur sanga mempengaruhi fluks. Sebaliknya, kehadiran zat terlarut pada konsentrasi rendah dan menengah tidak memiliki efek signifikan terhadap fluks dan kualitas produk. Pengamatan jangka panjang juga mengindikasikan bahwa sistem DCMD sangat stabil selama 120 jam operasi.


45

Achilli, A., Cath, T.Y., Marchand, E.A. & Childress, A.E. (2009) The forward osmosis membrane bioreactor: A low fouling alternative to MBR processes. Desalination. 239(1–3), 10-21. Alzahrani, S. & Mohammad, A.W. (2014) Challenges and trends in membrane technology implementation for produced water treatment: A review. Journal of Water Process Engineering. 4, 107-133. B. Bailey, M. Crabtree, J. Tyrie, J. Elphick, F. Kuchuk, C. Romano, L. Roodhart, Water control, Oilfield Rev. 12 (2000) 30–51. B. Smith et al, 2000. Short-Bed Demineralization: An Alternative to Electrodeionization. Eco-Tec Inc. Baker, R.W. (2005) Membrane Technology and Applications. 2nd Edition edn. John Wiley & Sons, Ltd. , Bouhidel, K.E. and A. Lakehal, 2006. Influence of voltage and flow rate on electrodeionization (EDI) process efficiency. Desalination 193: 411–421 Claudio RONCO,1 Andrew DAVENPORT,2 Victor GURA., Journal of Artificial Kidney., 2008; 12:S40– S47. David Lee, 2012, Membrane Filtration in Southeast Asia Water and Wastewater Treatment, Frost & Sullivan, http://www.frost.com/prod/servlet/market-insight.print.pag?docid=265741364 Diaper, C., Correia, V.M. and Judd, S.J. (1996). The use of membranes for the recycling of water and chemicals from dyehouse effluents: an economic assessment. J. Soc. Dyers and Colourists, 112,2 73-282. EIPPCB (European Integrated Pollution and Prevention Control Bureau) (2001). Integrated pollution prevention and control (ICCP). Best available techniques in the pulp and paper industry. http://eippcb.jrc.es/pages/Factivities.htm Ganzi,G.C.,and Parise,P.L.(1990).The production of pharmaceutical grades of water using Continuous deionization post-reverse osmosis. .Parenter .Sci.Technol .Parenter .Drug Assoc.,Volume 44,Issue 4, pp.231–241. Ganzi,G.C.1988. Electrodeionization for High-purity Water Production. InK.K.Sirkarand D.R.Lloyd(Eds.),New membrane materials and processes for separation. AIChE Symposium series,No.261,Vol.84,pp.73–83. http://cheeseforum.org/articles/wiki-brine-bathing-cheeses/ http://cheesetique.com/2010/05/fromage-a-thon/ http://synderfiltration.com/applications/industries/dairy-industry/brine-clarification/ http://www.kingcounty.gov/environment/wtd/Construction/North/Brightwater/Description/mbr. aspx http://www.solvay.com/en/markets-and-products/markets/consumer-goods-and-healthcare/oursolutions-for-fibers-textile.html http://www.water-technology.net/news/newsworld-bank-approves-funds-wastewater-treatmentregulations-vietnam J. M. Wong, Y. T. Hung, Treatment of oil field and refinery wastes, in: L. K. Wang, Y. T. Hung, H. H. Lo, C. Yapijakis (Eds.), Handbook of Industrial and Hazardous Wastes Treatment, CRC Press, 2004, pp. 144–216. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2014

46

J. Wood et al, 2010. Production of ultrapure water by continuous electrodeionization. Desalination 250: 973–976 J.D. Gifford and D. Atnoor, 2000. An Innovative Approach to Continuous Electrodeionization Module and System Design for Power Applications. International Water Conference, October 22-26 Judd, S. & Jefferson, B. (2003) Membranes for Industrial Wastewater Recovery and Re-use. Elsevier, Oxford Judd, S. (2008). The status of membrane bioreactor technology. Trends in biotechnology, 26(2), 109-116. Li, Norman, A.G. Fane, W.S.W. Ho, T. Matsuura. 2008. Advanced Membrane Technology and Application, John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey. McAdam, E. J., & Judd, S. J. (2006). A review of membrane bioreactor potential for nitrate removal from drinking water. Desalination, 196(1), 135-148. Mulder, Marcel. 1996. Basic Principle of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Netherlands. Phattaranawik, J., Fane, A.G., Pasquier, A.C.S. & Bing, W. (2008) A novel membrane bioreactor based on membrane distillation. Desalination. 223, 386-395. Sanchez Marcano, J.G. & Tsotsis, T.T. (2000) Membrane Reactors. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. p^pp. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Sata, Toshikatsu. 2004. Ion Exchange Membranes Preparation, Characterization, Modification and Application. The Royal society of chemistry. Strathmann, Heinrich. 2004. Ion-Exchange Membrane Separation Process. Elsevier. Sunitha Mysore Gopal. 2004. Treating The Troubled Waters In China. https://www.frost.com/sublib/display-market insight.do?id=23554784 Tamime, A.Y. (2013) Membrane Processing: Dairy and Beverage Application. John Wiley & Sons, Oxford Tanaka, Yoshinobu. 2007. Ion Exchange Membranes: Fundamentals and Applications. Elsevier. W. R. True, L. Koottungal, Global capacity growth reverses; Asian, Mideast refineries progress, Oil Gas J. 109 (December(19)) (2011) 30–43. Webb,L. (1999).IPPCstepsuptoBAT. PulpPap. Int., 41(4), 29. Wenten, IG. (2005). Teknologi membran dalam pengolahan air dan limbah. PII, 27 Juli 2005. Winston Ho and Sirkar, Kamalesh K, Membrane Handbook, Van Nostrand Reinhold, New York, 1992 Wintgens, T., Melin, T., Schäfer, A., Khan, S., Muston, M., Bixio, D. & Thoeye, C. (2005) The role of membrane processes in municipal wastewater reclamation and reuse. Desalination. 178(1– 3), 1-11. www.ameridia.com/html/elea.html water-technology.net


47

TEKNOLOGI MEMBRAN DALAM PENGOLAHAN LIMBAH

Recommend Documents